Stirling-Kältemaschinen zeichnen sich durch Flexibilität gegenüber schwankenden Einsatzbedingungen aus: Sie arbeiten auch in Temperaturbereichen effizient, die fern vom Auslegungspunkt liegen und können die Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus abgeben. So ist eine für die Luftverflüssigung ausgelegte Stirling- Maschine in der Lage, auch Kälte bei z. B. -40 °C bereit zu stellen. Auf variierende Kältelasten reagiert die Stirling-Kältemaschine gutmütig. Sie lässt sich zwischen ca. 20 und 100 % der Maximalleistung regeln. Der Gütegrad der Kälteerzeugung liegt im Teillastbetrieb zum Teil sogar über dem bei Volllast. Die Stirling- Kältemaschine kann daher auch bei schwankendem Kältebedarf kontinuierlich betrieben werden. Bei tiefen Temperaturen erreicht sie bessere Gütegrade und Kälteleistungen als Kaltdampf- Kältemaschinen.

Die Anpassungsfähigkeit der Stirling- Maschine beruht darauf, dass das Arbeitsgas lediglich zyklisch komprimiert und expandiert wird. Bei der Kaltdampf- Kältemaschine findet hingegen ein periodischer Phasenwechsel (gasförmig/ flüssig) des Arbeitsmediums statt. Hierdurch sind Arbeitsdrücke und Temperaturen in engen Grenzen festgelegt. Nur wenige Kelvin Abweichung vom Auslegungspunkt führen zu erheblichen Leistungs- und Effizienzeinbußen (Abb. 2). Große Temperaturdifferenzen oder tiefe Temperaturen erreichen Kaltdampf- Kältemaschinen oft nur, wenn zwei oder drei entsprechend ausgelegte Aggregate zu einer Kaskade hintereinander geschaltet sind. Je nach Einsatzgebiet ist die Systemauslegung, die Wahl der Kältemittelgemische und die Steuerung einer mehrstufigen Anlage nicht einfach.